CN113006749A - 煤系共伴生资源一井多用协调开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，在多资源赋存甜点区施工一个可长期使用的井筒，根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求确定煤系共伴生资源协调开采顺序，将井筒施工至第一开采层进行开采；待第一开采层资源开采结束后，在原有井筒基础上进行部分封堵或延伸，将井筒施工至下一开采层进行开采；循环执行原有井筒基础上封堵或延伸、下一开采层开采，即可完成全部开采工作。本发明通过在多资源赋存甜点区施工一个可长期使用的井筒，根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求等确定多资源的协调开采顺序，然后通过一个井筒的封堵或延伸依次开采多种资源，实现煤系共伴生资源一井多用协调开采。

Description

煤系共伴生资源一井多用协调开采方法
技术领域
本发明涉及矿山开采技术领域，具体涉及一种煤系共伴生资源一井多用协调开采方法。
背景技术
我国煤系地层共伴生资源多且储量丰富，如鄂尔多斯盆地煤系地层共伴生资源有煤层气、煤系页岩气、煤系致密砂岩气、铝土矿、砂岩型铀矿、镓元素、锂元素、锗元素及稀土元素等。传统的煤层气、页岩气、铀矿等资源由于赋存区域相对独立，因此，开采过程也不存在空间及时间上的联系。煤系地层共伴生资源由于赋存层位在空间上相互叠置，因此，多种资源的开采过程在时间和空间上相互关联。
对于赋存层位在空间上相互叠置的煤系共伴生资源，一种资源的开采扰动会对另一种资源的赋存稳定性产生影响，例如下层的煤层气等资源的抽采会改变地层的孔隙压力，引起地层孔隙中的流体流动，可能会导致上层铀矿资源的流失等。因此，煤系共伴生资源需进行协调开采，根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求等，多种资源的开采过程在时间和空间上相互协调，降低资源浪费，达到资源采出率的最大化。
煤层气、煤系页岩气、煤系致密气等资源可采用地面钻井抽采的方式进行开采；砂岩型铀矿可采用溶浸开采的方式进行开采，这类资源的开采均需通过地面向目的层施工钻井。在煤系共伴生资源协调开采过程中，若针对每一种资源单独施工钻井，由于多资源赋存层位在空间上相互叠置，井群之间会产生相互影响。对于多资源开采甜点区重叠的情况，如果为了避免井间干扰加大井距，则有可能导致某种资源偏离钻井开采甜点区，影响后期开采效果。同时针对每一种资源单独施工钻井也会增大钻井施工成本，延长钻井周期等。因此，在煤系共伴生资源协调开采的过程中可考虑一井多用，避免伴生多资源协调开采过程中的井间干扰，同时缩短资源开采的钻井工期，降低钻井成本，提高井筒利用效率。
发明内容
针对煤系共伴生资源钻井开采过程中资源独立开采存在的相互影响导致资源浪费、多资源开采甜点区重叠面临的钻井布置矛盾等问题，本发明提出一种煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，通过在多资源赋存甜点区施工一个可长期使用的井筒，根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求等确定多资源的协调开采顺序，然后通过这一个井筒依次开采多种资源，实现煤系共伴生资源一井多用协调开采。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，包括如下步骤：
S1：根据煤系共伴生资源的赋存状态，确定能够通过钻井开采的资源种类；
S2：通过地质勘探确定煤系共伴生资源的赋存甜点区，从而确定钻井施工位置；
S3：根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求确定煤系共伴生资源协调开采顺序；
S4：根据不同资源的赋存特征确定每种资源的钻完井工艺、储层改造工艺及开采工艺；
S5：在多资源赋存甜点区施工一个可长期使用的井筒，根据步骤S3，将井筒施工至第一开采层；根据步骤S4，进行第一开采层钻完井、储层改造及资源的开采；待第一开采层资源开采结束后对井筒进行修复；
S6：根据步骤S3，在原有井筒基础上进行部分封堵或延伸，将井筒施工至下一开采层；根据步骤S4，进行下一开采层钻完井、储层改造及资源的开采；待下一开采层资源开采结束后对井筒进行修复；
S7：重复步骤S6，直至步骤S1确定的能够通过钻井开采的资源全部开采结束。
优选地，步骤S4中开采工艺包括钻井抽采、溶浸开采、微生物开采。
优选地，步骤S4中储层改造工艺包括在竖直井筒的基础上施工水平分支井筒。
优选地，步骤S4中储层改造工艺包括利用井筒对储层进行压裂。
优选地，对于煤系共伴生的油气资源，通过钻井抽采的形式开采；对于煤系共伴生的金属元素，通过溶浸开采的形式开采；对于煤系共伴生的煤层气，通过微生物开采的形式开采。
优选地，还包括步骤S8：煤层回采过程中，在地面利用井筒压裂煤层坚硬顶板或坚硬顶煤，用于防治冲击地压、采空区放顶和顶煤弱化，实现一井多用。
优选地，步骤S3中确定的煤系共伴生资源协调开采顺序包括在空间上从上往下、从下往上、先中间后上下三种顺序。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)通过煤系共伴生多资源共用一个井筒解决多资源开采甜点区重叠面临的钻井布置矛盾及井间干扰问题；
(2)通过确定煤系共伴生多资源的一井多用协调开采顺序，解决独立开采导致的资源浪费问题；
(3)通过煤系共伴生资源一井多用协调开采，缩短煤系共伴生资源开采的钻井工期，降低钻井成本，提高井筒使用效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为开采第一层示意图；
图2为开采第二层示意图；
图3为开采第三层示意图。
图中：1-河套古隆起；2-表土层；3-泥岩；4-含水层；5-砂岩型铀矿层；6-第一砂岩隔层；7-煤层气；8-第二砂岩隔层；9-煤系致密砂岩气储层；10-断层；11-含矿流体；12-井架；13-井筒；14-溶浸液；15-竖直井压裂裂缝；16-水平分支井筒；17-水平井压裂裂缝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，以鄂尔多斯盆地某矿区为例详细说明本发明煤系共伴生资源一井多用协调开采方法实施过程。该矿区蕴藏着丰富的煤、石油、天然气、铀矿及稀土等资源，且这些资源在竖直方向上重叠分布。盆地自下而上发育煤系致密砂岩气储层9、第二砂岩隔层8、煤层气7、第一砂岩隔层6、砂岩型铀矿层5、含水层4、泥岩3、表土层2；广泛分布于盆地的煤系是天然气的主要来源，其中煤层气9.9万亿m3，煤系页岩气3.4～5.3万亿m3，煤系致密砂岩气6～8万亿m3。因此，该矿区煤系共伴生资源种类及储量丰富，是典型的煤系共伴生资源赋存矿区，可以考虑进行煤系共伴生资源一井多用协调开采。
煤系共伴生资源一井多用协调开采方法如下：
S1：根据该矿区煤系共伴生资源的赋存状态，确定能够通过钻井开采的资源种类在空间上从上往下为砂岩型铀矿5、煤层气7、煤系致密砂岩气9；
S2：通过地质勘探确定煤系共伴生资源的赋存甜点区，从而确定钻井施工位置；
S3：根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求确定煤系共伴生资源协调开采顺序为空间上从上往下开采，从上往下依次开采砂岩型铀矿5、煤层气7、煤系致密砂岩气9；
S4：根据不同资源的赋存特征确定每种资源的钻完井工艺、储层改造工艺及开采工艺；砂岩型铀矿5采用裸眼完井工艺及溶浸开采工艺，无需进行储层改造；煤层气7开采时井筒需下套管，采用竖直井压裂进行储层改造，然后进行抽采；煤系致密砂岩气9采用竖直井筒的基础上施工水平分支井筒、水平井压裂进行储层改造，然后进行抽采；
S5：根据步骤S2在多资源赋存甜点区确定的钻井位置安装井架12，施工一个可长期使用的井筒13，根据步骤S3确定的煤系共伴生资源协调开采顺序，将井筒13施工至砂岩型铀矿5；通过井筒13向砂岩型铀矿5中注入溶浸液14开采铀元素；待砂岩型铀矿5开采结束后对井筒13进行修复；
S6：根据步骤S3确定的煤系共伴生资源协调开采顺序，在原有井筒13基础上进行延伸，将井筒13施工至煤层气7；井筒下套管并进行竖直井水力压裂，在煤层中产生竖直井压裂裂缝15进行储层改造增透，然后进行煤层气7抽采；待煤层气7开采结束后对井筒进行修复；
S7：根据步骤S3确定的煤系共伴生资源协调开采顺序，在原有井筒13基础上继续延伸，将井筒13施工至煤系致密砂岩气9；采用竖直井筒的基础上施工水平分支井筒16、水平井压裂，在煤系致密砂岩气9中产生水平井压裂裂缝15进行储层改造增透；待煤系致密砂岩气9开采结束后对井筒进行修复。
S8：煤层回采过程中，在地面利用井筒压裂煤层坚硬顶板或坚硬顶煤，用于防治冲击地压、采空区放顶和顶煤弱化，实现一井多用。

Claims (7)

1.一种煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据煤系共伴生资源的赋存状态，确定能够通过钻井开采的资源种类；
S2：通过地质勘探确定煤系共伴生资源的赋存甜点区，从而确定钻井施工位置；
S3：根据不同资源的赋存特性、经济价值及资源战略需求确定煤系共伴生资源协调开采顺序；
S4：根据不同资源的赋存特征确定每种资源的钻完井工艺、储层改造工艺及开采工艺；
S5：在多资源赋存甜点区施工一个可长期使用的井筒，根据步骤S3，将井筒施工至第一开采层；根据步骤S4，进行第一开采层钻完井、储层改造及资源的开采；待第一开采层资源开采结束后对井筒进行修复；
S6：根据步骤S3，在原有井筒基础上进行部分封堵或延伸，将井筒施工至下一开采层；根据步骤S4，进行下一开采层钻完井、储层改造及资源的开采；待下一开采层资源开采结束后对井筒进行修复；
S7：重复步骤S6，直至步骤S1确定的能够通过钻井开采的资源全部开采结束。
2.根据权利要求1所述的煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于：步骤S4中开采工艺包括钻井抽采、溶浸开采、微生物开采。
3.根据权利要求1所述的煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于：步骤S4中储层改造工艺包括在竖直井筒的基础上施工水平分支井筒。
4.根据权利要求3所述的煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于：步骤S4中储层改造工艺包括利用井筒对储层进行压裂。
5.根据权利要求2所述的煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于：对于煤系共伴生的油气资源，通过钻井抽采的形式开采；对于煤系共伴生的金属元素，通过溶浸开采的形式开采；对于煤系共伴生的煤层气，通过微生物开采的形式开采。
6.根据权利要求1所述的煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于：还包括步骤S8：煤层回采过程中，在地面利用井筒压裂煤层坚硬顶板或坚硬顶煤，用于防治冲击地压、采空区放顶和顶煤弱化，实现一井多用。
7.根据权利要求1所述的煤系共伴生资源一井多用协调开采方法，其特征在于：步骤S3中确定的煤系共伴生资源协调开采顺序包括在空间上从上往下、从下往上、先中间后上下三种顺序。
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